Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies.



25.10.2019

Skalowalna infrastruktura

Red Hat OpenStack Platform 15
25.10.2019

Cienki klient 2.0

Windows Virtual Desktop
25.10.2019

Nowy sprzęt Microsoftu

Rodzina Surface się powiększa
24.10.2019

Serwery ARM

Oracle stawia na Ampere Computing
24.10.2019

Wszechstronny i elegancki

Dell XPS 15
10.10.2019

CYBERSEC EXPO - największe w...

Bezpieczeństwo cyfrowe nie jest problemem dotyczącym jedynie działów IT. Obecnie stanowi...
30.09.2019

Nowości w wirtualizacji

VMware World 2019
30.09.2019

Bezpieczeństwo mobile-first

Android 10

Zarządzanie zużyciem energii w systemie 5G

Data publikacji: 04-07-2019 Autor: Kamil Musiał
Rys. 1. Rozmieszczenie stacji...

Rozwiązania beamforming i Massive MIMO pozwalają nie tylko na zwiększenie prędkości i jakości transmisji danych w 5G, ale również na ograniczenie kosztów operatorów związanych z utrzymaniem systemu. Dzięki temu można się spodziewać znacznego przyspieszenia mobilnego internetu w rozsądnej cenie dla zwykłego użytkownika.

 

Wraz z rozwojem technologii są opracowywane nowe rozwiązania odpowiadające na aktualne i przyszłe potrzeby użytkowników. MIMO (Multiple Input, Multiple Output), czyli wykorzystanie kilku anten do wysyłania oraz odbierania informacji, a także beamforming, czyli skierowanie wiązki sygnału w żądanym kierunku, to pojęcia znane nie od dziś. MIMO jest znane od powstania technologii LTE. Stosowane było początkowo w standardzie 802.11n (prace nad standardem prowadzono w latach 2004–2009), a także w systemie WiMax. Zarówno MIMO, jak i beamforming istnieją np. w sieciach Wi-Fi w standardzie IEEE 802.11ac, zatwierdzonym w styczniu 2014 roku. Dzięki nim moc sygnału przesyłanego z routera do komputera można poprawić z -80 dBm do -65 dBm, a wzrost mocy sygnału o 15 dBm oznacza wzrost około 30 razy. Obecnie oba rozwiązania są rozwijane i wdrażane w technologii 5G.

> KOSZTY OPERATORÓW ZWIĄZANE Z SYSTEMEM

Technologie 2G, 3G oraz 4G skupiają się głównie na polepszeniu wydajności widmowej, czyli na szybkości transmisji danych przypadającej na konkretną szerokość pasma radiowego. Wydajność ta jest wyrażana w bit/s/Hz. Prędkość, jaką może osiągnąć transmisja danych, to główny parametr, jaki interesuje użytkownika (LTE – 300 mb/s, LTE Advanced – 1 Gb/s, LTE Advanced Pro – 3 Gb/s). Technologia 5G zapewnia nie tylko wyższe prędkości, ale także redukcję zużycia energii elektrycznej w sieci. Oba czynniki są kluczowe dla sukcesu 5G.

Warto przyjrzeć się technologii 5G z punktu widzenia operatora. Operatorzy kupują oraz utrzymują stacje bazowe, które tworzą tzw. cele, czyli obszary, na których użytkownik ma zasięg oraz dostęp do zasobów. Na rys. 1 przedstawiono rozmieszczenie stacji bazowych LTE wszystkich operatorów w centrum Warszawy. Jak widać, nadajniki danego operatora (oznaczone jednym kolorem) znajdują się w odległościach kilkudziesięciu, maksymalnie kilkuset metrów od siebie. Oznacza to, że UE (user equipment) poruszający się po mieście bardzo często znajduje się na krańcach celek (cell edge) i przełącza się między nimi.

W pobliżu stacji bazowych łatwo jest uzyskać wysokie prędkości pobierania oraz wysyłania danych, natomiast na krańcach celi może to sprawiać problem. Zadaniem operatorów jest nie tylko zapewnienie wysokiego transferu w pobliżu stacji bazowej (peak capacity), ale również zadbanie o optymalne parametry połączenia na krańcach celi. Jednym z rozwiązań jest użycie dodatkowych nadajników, jednak wiąże się to z dwoma problemami: pojawieniem się dodatkowych interferencji oraz wzrostem kosztów infrastruktury. Koszty ponoszone przez operatora rosną niemal w takim samym tempie, w jakim zwiększa się obsłużony ruch danych, w związku z czym zysk operatora rośnie bardzo powoli. Nowe narzędzia, aplikacje oraz aktualizacje w smartfonach wymagają wymiany coraz większej ilości informacji. Jednocześnie konsument nie chce płacić 10 razy większego rachunku za 10 razy więcej odebranych danych – ekonomiczniejszym rozwiązaniem dla niego będzie powrót do domu i użycie sieci Wi-Fi. Operatorzy muszą więc znaleźć sposób, aby znacząco obniżyć koszty sieci, zwiększając przy tym możliwą do obsłużenia ilość przesyłanych danych. Jednym z rozwiązań jest postawienie na energooszczędność i zmniejszenie rachunków za prąd potrzebny do obsługi i utrzymania stacji bazowych.

W tabeli 1 zaprezentowano zużycie energii przez poszczególne technologie w Chinach. W sumie znajduje się tam około 1,5 miliona stacji bazowych oraz 800 milionów konsumentów, co jest równe liczebności populacji USA i Europy łącznie. Jak można zauważyć, zapotrzebowanie na energię dla stacji bazowej z każdą generacją maleje. Stacje bazowe są coraz bardziej energooszczędne, co stanowi wyzwanie dla 5G.

CAPEX (capital expenditures) oznacza wydatki inwestycyjne na zakup, rozwój produktu i wdrożenie systemu. OPEX (operating expenditures) to z kolei wydatki związane z utrzymaniem produktu, biznesu bądź systemu. Jak widać na rys. 2, 51% kosztów inwestycyjnych operatorów pokrywa klimatyzacja BBU (baseband unit), czyli części stacji bazowej odpowiadającej za obliczenia. BBU są obecnie niemal tak szybkie jak superkomputery, w związku z czym generują dużo ciepła, co powoduje konieczność ich chłodzenia. Ponadto istnieją koszty OPEX obejmujące wynajem miejsca pod stacje bazowe, co stanowi 31% wydatków, prąd wynoszący 41% kosztów, a także koszty operacyjne generujące 21% wydatków. Jedynie 7% kosztów OPEX to transmisja danych – transmisja energii elektromagnetycznej, czyli to, na czym operator opiera swój dochód.

Obiektywnie rzecz biorąc, operatorzy sprzedają energię elektromagnetyczną i jedynie 7% kosztów OPEX jest przeznaczonych na to, co faktycznie przynosi zysk. Oczywiście jest to zły i trudny do utrzymania model biznesowy. Jak widać, największym kosztem jest chłodzenie jednostek stacji bazowych, na co np. China Mobile w 2013 roku zużył 15 miliardów kWh. Jest to mniej więcej tyle energii, ile cała wyspa Tajwan zużywa w przeciągu roku (włączając w to m.in. infrastrukturę, budynki oraz transport).

 

> EWOLUCJA INFRASTRUKTURY TELEKOMUNIKACYJNEJ

Wiemy już, że oszczędzanie energii jest dla operatora kluczowe pod względem opłacalności. Na rys. 3 przedstawiono ewolucję infrastruktury telekomunikacyjnej. BBU oraz radiomoduły w technologiach 1G i 2G były montowane razem. Na maszcie bądź dachu budynku znajdowały się jedynie anteny połączone z radioodbiornikami kablami koncentrycznymi. Między radiem a anteną niezbędny był dodatkowy wzmacniacz. Rozwiązanie to ciągle można zobaczyć na terenach pozamiejskich.

 

W technologiach 3G oraz 4G stosuje się rozproszone stacje bazowe (Distributed Base Station). Radia są montowane blisko anten na dachach, wieżach oraz masztach, a BBU znajduje się w osobnym miejscu. Zaletą tego rozwiązania jest fakt, że wysokostratny kabel koncentryczny został zamieniony na światłowód przenoszący dane cyfrowe. Dzięki temu radia można umieścić już bez użycia dodatkowego wzmacniacza blisko anten, a BBU może być oddalony o 100 metrów bądź (w zależności od konfiguracji) nawet o 20 km od masztu z radiami. Oznacza to, że BBU stacji bazowych, pochodzący z różnych części bądź całego miasta, można umieścić razem i tym samym zaoszczędzić na klimatyzacji wielu pomieszczeń oraz czynszu pod wynajem miejsca.

 

[...]

 

Specjalista ds. integracji oprogramowania z 4-letnim doświadczeniem w pracy z technologiami LTE oraz 5G. Zajmuje się zagadnieniami związanymi z zarządzaniem zasobami radiowymi oraz integracją nowych funkcji w 5G. 

Pełna treść artykułu jest dostępna w papierowym wydaniu pisma.

.

Transmisje online zapewnia: StreamOnline

All rights reserved © 2019 Presscom / Miesięcznik "IT Professional"